Аналіз рецептивності ендометрію (Endometrial Receptivity Analysis, ERA) – як підібрати найкращий момент для перенесення ембріона у порожнину матки

Імплантація ембріона в порожнині матки - багатоступеневий процес, регуляція якого здійснюється шляхом міжмолекулярних та міжклітинних взаємодій, а успіх багато в чому залежить від синхронності розвитку ембріона та ендометрію. В результаті їх взаємодії експресується велика кількість сигнальних молекул, які здійснюють паракринну (дія вільних розчинних форм регуляторних молекул, які секретуються однією клітиною, діють шляхом місцевої дифузії на клітини-мішені, які знаходяться безпосередньо біля клітин-продуцентів), аутокринну (дія вільних розчинних форм регуляторних молекул безпосередньо на клітини-продуценти), інтракринну (регуляторна молекула виробляється в клітині, діє всередині неї через специфічні рецептори) та юкстакринну (різновид паракринної дії; регуляторні молекули не надходять у міжклітинну рідину, а передають свій сигнал через плазматичну мембрану поряд розміщеної іншої клітини) регуляцію внутрішньо- й міжклітинних взаємодій. Ці взаємодії модулюють подальший розвиток та «поведінку» бластоцисти, розпізнавання вагітності та адаптацію до неї організму матері.

Одним з основних факторів, які визначають фертильність жінки, є рецептивність ендометрію. Коли наближається період рецептивності ендометрію, бластоциста входить в порожнину матки, відбувається її хетчинг та поява адгезивних елементів на її апікальних епітеліальних поверхнях, потім - прикріплення ембріона до ендометрію. Ембріон може імплантуватися у будь-якому місці людського організму, крім нерецептивного ендометрію. Поверхня ендометрію розглядається як бар'єр для імплантації, за винятком короткого періоду вікна імплантації (І.О. Судома, 2006; В. К. Чайка, 2011; І.Д. Гюльмамедова, 2013; Grewal et al., 2008; Cakmak, Taylor. 2010). У жінок з безпліддям спостерігається порушення рецептивності ендометрію. У період вікна імплантації морфофункціональна трансформація ендометрію супроводжується безперервною та добре організованою експресією специфічних генів, які як полегшують, так і обмежують здатність бластоцисти та трофобласту заглиблюватися в поверхню матки. На сьогоднішній день для оцінки рецепторних властивостей ендометрію запропонований цілий ряд потенційних біомаркерів.

Гени, прийняті за «золотий стандарт» як біомаркери рецептивності ендометрію (обрані гени, експресія яких була значно знижена або підвищена під час рецептивної фази) (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011)

Узагальнений аналіз результатів попередніх досліджень дозволив виділити сукупність генів, що визначають рецептивність ендометрію. Існують підгрупи генів, експресія яких в ендометрії підвищується або знижується на сьомий день після піку ЛГ в природному циклі з рівно протилежним характером регуляції в циклах контрольованої стимуляції яєчників та несприйнятливому ендометрії. Набір цих генів дозволяє створити об'єктивний інструмент для геномної діагностики рецептивності ендометрію.

До генів «золотого стандарту» відносяться гени, що кодують наступні білки (вибране):

CAPN6            - кальпаїн-6

Кальпаїни - це родина кальційзалежних, цистеїнових протеаз, які є медіаторами апоптозу, їх ефект найбільш виражений при індукції апоптозу перекисом водню. Члени цього сімейства беруть участь в таких процесах, як клітинна міграція, цитоскелетне ремоделювання, клітинна диференціація та апоптоз. Активація кальпаїна спостерігається також при таких патологічних станах, як м'язова дистрофія, серцева та церебральна ішемія, агрегація еритроцитів, нейродегенеративні хвороби, катаракта та хвороба Альцгеймера (Khorchid, Ikura, 2002). Порушення механізмів регуляції експресії та/або активності кальпаїна веде до патологічних змін, таких як ембріональна летальність, помилки нейрогенезу, статевої детермінації, дефектів росту та диференціації клітин та ін. (Гребінік Д.М., 2012). Кальпаїн 6 (CAPN6) є тканеспецифічним геном, оскільки експресується переважно в плаценті та ембріональних м'язах.

Було показано 4.8-кратне зниження експресії CAPN6 гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011)

CTNNA2 - А2-катенін

Катеніни - родина внутрішньоклітинних білків (альфа (А) -катенін, Р-катенін, р120-катенін та ін.), які беруть участь в адгезії клітин, забезпечують безпосередній фізичний зв'язок з актиновим цитоскелетом, взаємодіють з сигнальними молекулами, що регулюють актиновий цитоскелет, та безпосередньо контролюють адгезивний стан позаклітинного зв'язувального домену адгезивних білків кадгеринів (молекул клітинної адгезії). Втрата або зниження рівня експресії А-катенінів веде до руйнування міжклітинних контактів. А2-катенін регулює клітинну адгезію, а також морфологічну пластичність синапсів під час розвитку (Horcajadas et al., 2007).

Було показано 8-кратне зниження експресії CTNNA2 гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

HLA-DOB - головний комплекс гістосумісності II класу, DO beta

HLA-DOB - HLA ген II класу. Молекули HLA-DO спільно з молекулами HLA-DM беруть участь в генетичній рестрикції (обмеження імунної відповіді на рівні макрофагів, що представляють антиген) при розпізнаванні антигену, що лежить в основі механізму розпізнавання "свого" та "чужого. Молекули DO знаходяться в лізосомах B-клітин й утворюють стабільні комплекси з молекулами DM, транспорт молекул DO з ендоплазматичного ретикулуму можливий тільки в складі таких комплексів (Mika et al., 2018).

Було показано 11.1-кратне зниження експресії HLA-DOB гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

CLU - кластерин

Кластерин (Апо J) - гетеродимерний білок, який експресується в епітелії багатьох органів та залучений в обмін ліпідів між різними ліпопротеїнами. Функції цього білка пов'язані з регулюванням апоптозу. Він має антиапоптотичні властивості та сприяє клітинній адгезії й агрегації, бере участь в ряді процесів, включаючи регуляцію опосередкованого комплементом лізису клітини, круговорот (рециклювання) мембран і т.д., служить інгібітором мембрано-атакуючого комплексу комплементу. Ген CLU експресується в матці (Brown et al., 1995), дослідження на модельному організмі (миша) показали, що ген також експресується в тканині ендометрію і є маркером імплантації бластоцисти (Brown et al., 1996). Кластерин пригнічує мембраноатакуючий комплекс білків системи комплементу, активізованих в результаті запалення (Murphy et al., 1988; Choi et al., 1989; Jenne and Tschopp, 1989; McDonald and Nelsestuen, 1997) та взаємодіє з імуноглобуліном G, збільшуючи швидкість утворення нерозчинних імунних комплексів (Wilson et al., 1991). Оскільки експресія даного гена в ендометрії зростає під час рецептивної фази в порівнянні з пререцептивною фазою, Кластерин може бути модулятором імунної системи ендометрію, відіграючи імуносупресивну роль під час рецептивної фази.

Спостерігалося 4.7-кратне підвищення експресії CLU гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

EDNRB - рецептор ендотеліну типу В

Дисфункція ендотелію є провідною ланкою патогенезу у розвитку плацентарної дисфункції, прееклампсії, формуванні синдрому затримки внутрішньоутробного розвитку плода. Встановлено підвищення рівня вмісту поліпептиду групи ендотеліну (біологічно активних пептидів широкого спектру дії, які є одним з найважливіших регуляторів функціонального стану ендотелію, морфологічно пов'язаних з кров'ю, з одного боку, та з м'язовою стінкою судин - з іншого. Їх вазоконстрикторні ефекти супроводжуються змінами системної й регіонарної гемодинаміки) ендотеліну-1 в крові вагітних з прееклампсією, а також розвиток дисфункції ендотелію в судинах плаценти при даній патології. Вазоконстрикторний та метаболічні ефекти ендотеліну-1, а також потенціювання ним зростання й диференціювання тканин реалізуються шляхом активації двох типів рецепторів - А і В. Рецептор В не має специфічності щодо ізоформ ендотеліну та експресується переважно в ендотеліальних клітинах. Рецептори ендотеліну типу В визначаються в дистальній частині вінцевих судин, клітинах гладеньких м'язів судин, кардіоміоцитах і т.д. (Critchley et al., 2006; Sherwin et al., 2006)

Спостерігалося 4.9-кратне підвищення експресії EDNRB гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

TAGLN - трансгелін

Трансгелін (TAGLN) являє собою актинзв'язуючий білок, залучений в організацію актину, викликаючи його гелеутворення. TAGLN є маркером для клітин гладкої мускулатури, включаючи гладеньку м'язову тканину (н., матку). TAGLN є репресором протеолітичної активності матричної металлопептидази 9 (MMP9), яка відіграє роль в ремоделюванні тканини ендометрію матки. Підвищена експресія TAGLN була виявлена ​​в осередках ураження ендометріозом в порівнянні з еутопічним ендометрієм як в проліферативній, так і секреторній фазах менструального циклу, тому TAGLN - ймовірний біомаркер ендометріозу (Santos Hidalgo, G. et al., 2011).

Було показано 5.7-кратне підвищення експресії TAGLN гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

PAEP - прогестаген асоційований ендометріальний протеїн

Глікоделін або альфа-2-мікроглобулін фертильності (АМГФ, глікоделін, PAEP, pp14) - білок, що секретується у здорових жінок епітеліоцитами маткових залоз на 5-6 день після овуляції та залежить від ступеня функціональної реакції ендометрію на продукти секреції жовтого тіла яєчника. Низький рівень продукції глікоделіна дозволяє розглядати його дефіцит у предгравідарному ендометрії як один з патогенетичних механізмів. АМГФ - головний прогестерон-зв'язуючий ліпокаїн репродуктивної мережі, що модулює дію прогестерону, що впливає на проліферацію та диференціювання клітин. АМГФ має потужну імуносупресивну активність, зокрема, пригнічуючи активність NK-клітин, забезпечуючи локальне пригнічення імунної відповіді. Також бере участь у зв'язуванні сперматозоїда з ооцитом (Kämäräinen et al., 1993; Luddi et al., 2019).

Було показано 31.4-кратне підвищення експресії PAEP гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

GPX3 - глутатіонпероксидаза-3

Ферменти групи глутатіонпероксидаз (GPX) поряд з пероксиредоксинами складають родину тіолпероксидаз - ферментів, які каталізують тіолзалежне відновлення H2O2 та органічних гідропероксидів. Найбільше число фактів, що підтверджують велике значення GPX у функціонуванні ендометрію матки, належать до ферменту GPX3 (секретується GPX). Ген GPX3 містить більше ймовірних прогестерон-чутливих елементів ніж естроген-чутливих; експресія гена GPX3 в ендометрії посилюється після овуляції та під час вагітності. Підтверджено, що GPX3 знижує концентрацію H2O2 в ендометрії при вагітності та при децидуалізаціі in vitro. Передбачається вразливість репродуктивної функції під час фізіологічного стресу при недостатній експресії GPX3 в ендометрії. Сформована гіпотеза про можливу ефективність препаратів, що містять селен, для підвищення рецептивності ендометрію та підтримки нормального розвитку ембріона (особливо в умовах фізіологічного стресу) через посилення посттранскрипційного етапу синтезу GPX3 в ендометрії. Ймовірно, експресія GPX3 в ендометрії може бути збільшена також шляхом  застосування гестагенних стероїдних препаратів (через посилення транскрипції гена GPX3) (Riesewijk et al., 2003; Bhagwat et al., 2013).

Було показано 35.5-кратне підвищення експресії GPX3 гена під час рецептивної фази (Patricia Dıaz-Gimeno et al., 2011).

Список літератури

Судома І. О. Причини неефективності лікування безпліддя методом екстракорпорального запліднення у хворих на аденоміоз / І. О. Судома // Український медичний часопис. – 2006. – № 6 – С. 83–87.

Гюльмамедова І. Д. Сучасні погляди на діагностику та корекцію імплантаційної рецептивності ендометрія (огляд літератури) / І. Д. Гюльмамедова, О. С. Доценко, О. А. Гюльмамедова // Таврический медико-биологический вестник. – 2013. − № 2. – С. 169–175.

В. К. Чайка, А. В. Чайка, Е. Н. Носенко [и др.] Рецептивность эндометрия у пациенток с бесплодием /  Донецк: Изд-во Ноулидж, Донецкое отделение, 2011. – 243 с

Grewal S, Carver JG, Ridley AJ, Mardon HJ. Implantation of the human embryo requires Rac1-dependent endometrial stromal cell migration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Oct 21;105(42):16189-94.

Cakmak H, Taylor HS. Implantation failure: molecular mechanisms and clinical treatment. Hum Reprod Update. 2011 Mar-Apr;17(2):242-53.

Díaz-Gimeno P, Horcajadas JA, Martínez-Conejero JA, Esteban FJ, Alamá P, Pellicer A, Simón C. A genomic diagnostic tool for human endometrial receptivity based on the transcriptomic signature. Fertil Steril. 2011 Jan;95(1):50-60, 60.e1-15.

Khorchid, A. and Ikura, M. (2002). How calpain is activated by calcium. Nature Struct. Biol. 9, 239-241.

Гребіник Д. М. Структурно-видові особливості кальпаїнів як основа їх класифікації // Физика живого. 2012. №2.

Horcajadas JA, Pellicer A, Simon C. Wide genomic analysis of human endometrial receptivity: new times, new opportunities. Hum Reprod Update 2007;13:77 –86.

Mika KM, Li X, DeMayo FJ, Lynch VJ. An Ancient Fecundability-Associated Polymorphism Creates a GATA2 Binding Site in a Distal Enhancer of HLA-F. Am J Hum Genet. 2018;103(4):509-521. doi:10.1016/j.ajhg.2018.08.009

Brown TL, Moulton BC, Baker VV, Mira J, Harmony JA. Expression of apolipoprotein J in the uterus is associated with tissue remodeling. Biol Reprod. 1995 May;52(5):1038-49.

Brown TL, Moulton BC, Witte DP, Swertfeger DK, Harmony JA. Apolipoprotein J/clusterin expression defines distinct stages of blastocyst implantation in the mouse uterus. Biol Reprod. 1996 Oct;55(4):740-7. 

Murphy BF,  Kirszbaum L,  Walker ID,  d’Apice AJ. SP-40,40, a newly identified normal human serum protein found in the SC5b-9 complex of complement and in the immune deposits in glomerulonephritis, J Clin Invest, 1988, vol. 81 (pg. 1858-1864)

Choi NH,  Mazda T,  Tomita M. A serum protein SP40,40 modulates the formation of membrane attack complex of complement on erythrocytes, Mol Immunol, 1989, vol. 26 (pg. 835-840)

Jenne DE,  Tschopp J. Molecular structure and functional characterization of a human complement cytolysis inhibitor found in blood and seminal plasma: identity to sulfated glycoprotein 2, a constituent of rat testis fluid, Proc Natl Acad Sci USA, 1989, vol. 86 (pg. 7123-7127)

McDonald JF,  Nelsestuen GL. Potent inhibition of terminal complement assembly by clusterin: characterization of its impact on C9 polymerization, Biochemistry, 1997, vol. 36 (pg. 7464-7473)

Wilson MR,  Roeth PJ,  Easterbrook-Smith SB. Clusterin enhances the formation of insoluble immune complexes, Biochem Biophys Res Commun, 1991, vol. 177 (pg. 985-990)

Critchley HO, Robertson KA, Forster T, Henderson TA, Williams AR, Ghazal P. Gene expression profiling of mid to late secretory phase endometrial biopsies from women with menstrual complaint. Am J Obstet Gynecol. 2006 Aug;195(2):406.e1-16.

Sherwin R, Catalano R, Sharkey A. Large-scale gene expression studies of the endometrium: what have we learnt? Reproduction. 2006 Jul;132(1):1-10. 

Dos Santos Hidalgo G, Meola J, Rosa E Silva JC, Paro de Paz CC, Ferriani RA. TAGLN expression is deregulated in endometriosis and may be involved in cell invasion, migration, and differentiation. Fertil Steril. 2011 Sep;96(3):700-3. 

Kämäräinen M, Leivo I, Julkunen M, Seppälä M. Localization of progesterone-associated endometrial protein mRNA by in-situ hybridization in human pregnancy decidua, endometriosis and borderline endometrioid adenoma. J Mol Endocrinol. 1993 Feb;10(1):71-7. 

Luddi A, Zarovni N, Maltinti E, Governini L, Leo V, Cappelli V, Quintero L, Paccagnini E, Loria F, Piomboni P. Clues to Non-Invasive Implantation Window Monitoring: Isolation and Characterisation of Endometrial Exosomes. Cells. 2019 Aug 1;8(8):811. 

Riesewijk A, Martín J, van Os R, Horcajadas JA, Polman J, Pellicer A, Mosselman S, Simón C. Gene expression profiling of human endometrial receptivity on days LH+2 versus LH+7 by microarray technology. Mol Hum Reprod. 2003 May;9(5):253-64.

Bhagwat SR, Chandrashekar DS, Kakar R, Davuluri S, Bajpai AK, Nayak S, et al. (2013) Endometrial Receptivity: A Revisit to Functional Genomics Studies on Human Endometrium and Creation of HGEx-ERdb. PLoS ONE 8(3): e58419.